Jak działa generator napędzany deszczem?
Zespół pod kierunkiem Young-Bina Parka sięgnął po polimer wzmocniony włóknem węglowym. Materiał ten znany jest z zastosowań w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym, gdzie ceniony jest za wyjątkową wytrzymałość przy niewielkiej wadze. W tym przypadku kluczowa jest też jego odporność na korozję, co pozwala na długotrwałą pracę w trudnych warunkach atmosferycznych. Zasada działania opiera się na zjawisku podobnym do powstawania ładunku elektrostatycznego. Kropla deszczu, uderzając o specjalnie przygotowaną, ujemnie naładowaną powierzchnię generatora, przekazuje swój dodatni ładunek. Następnie odbija się i spływa, a ten ruch wymusza przepływ prądu przez wbudowane włókna węglowe. Proces jest niezwykle szybki i powtarzalny przy każdej kolejnej kropli.
Czytaj też: Ruszyła produkcja akumulatorów przyszłości. Chiny chwalą się nawet 2-krotnie wyższym zasięgiem
Efektywność całego systemu znacznie podnosi specjalna teksturowana powłoka, wzorowana na strukturze liścia lotosu. Dzięki niej powierzchnia staje się wyjątkowo hydrofobowa, co oznacza, że woda nie przywiera do niej, lecz natychmiast się zsuwa. To rozwiązanie ma dodatkową zaletę: utrudnia gromadzenie się brudu i miejskich zanieczyszczeń, które mogłyby z czasem pogorszyć działanie urządzenia. Konstrukcja z włókna węglowego nie rdzewieje i nie degraduje się pod wpływem wilgoci, w przeciwieństwie do wcześniejszych prototypów z metalowymi elektrodami. Teoretycznie oznacza to, iż generator może pracować przez lata bez konieczności serwisowania.
Od laboratorium na dachy budynków
Wyniki badań laboratoryjnych robią wrażenie. Pojedyncza kropla o objętości zaledwie 92 mikrolitrów, czyli mniej niż jedna dziesiąta mililitra, potrafiła wygenerować napięcie sięgające 60 woltów. Po połączeniu czterech modułów układ był w stanie przez krótki czas zasilić 144 diody LED, co pokazało możliwość skalowania. Prawdziwy sprawdzian nastąpił jednak po zamontowaniu urządzeń na zwykłych dachach i w systemach rynnowych. Generator musiał radzić sobie z rzeczywistą, zmienną pogodą, różnym natężeniem opadów oraz osadzającym się kurzem i sadzą. Okazało się, że im intensywniejszy był deszcz, tym silniejsze i częstsze sygnały elektryczne wytwarzał system.
Czytaj też: Pierwsza na świecie stalownia o zerowej emisji już działa. Chińczycy pracują bez wytwarzania CO2
Ta cecha okazała się niezwykle praktyczna. Urządzenie potrafi odróżnić lekką mżawkę od ulewy i na podstawie tej informacji automatycznie uruchomić pompy odwadniające, gdy tylko opady przekroczą ustalony poziom. To rozwiązanie może być szczególnie przydatne w miastach, gdzie nagłe, intensywne deszcze często prowadzą do podtopień. Naukowcy widzą przyszłość swojego wynalazku nie tylko na budynkach. Ponieważ kompozyty węglowe są powszechnie stosowane w konstrukcjach samochodów, statków czy samolotów, istnieje potencjał do integracji generatorów deszczowych z różnymi pojazdami. W ten sposób mogłyby one zasilać swoje własne czujniki czy systemy monitoringu. W kontekście coraz częstszych gwałtownych opadów i powodzi, technologia samowystarczalnych systemów ostrzegania nabiera znaczenia. Klasyczne czujniki wymagają podłączenia do sieci lub regularnej wymiany baterii, co wiąże się z kosztami i ryzykiem awarii. Generator deszczowy mógłby ten problem częściowo rozwiązać.